蛋白質(zhì)化合物

關(guān)于蛋白質(zhì)化合物學(xué)習(xí)要求1.了解蛋白質(zhì)生物功能、分類。2.了解氨基酸分類、結(jié)構(gòu)、重要化學(xué)反應(yīng)和分離、分析方法，重點(diǎn)弄清楚它的兩性性質(zhì),pI和pK。3.弄清楚蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)及其序列分析方法。了解二、三和四級(jí)結(jié)構(gòu)基本概念。4.了解蛋白質(zhì)的重要理化性質(zhì)。5.了解蛋白質(zhì)分離、純化方法及其理論依據(jù)。6.有那些結(jié)合蛋白？它們的分布、特性和生物功能。返回第2頁,共139頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能蛋白質(zhì)作為生命現(xiàn)象的物質(zhì)基礎(chǔ)之一，構(gòu)成一切細(xì)胞和組織結(jié)構(gòu)的最重要的組成成分，具有重要的生物學(xué)功能。（一）酶的催化功能（二）調(diào)節(jié)功能：調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)包括激素、受體、毒蛋白等（三）結(jié)構(gòu)功能（四）運(yùn)輸功能（五）免疫作用（六）運(yùn)動(dòng)功能（七）儲(chǔ)藏功能：酪蛋白、卵清蛋白（八）生物膜功能返回第3頁,共139頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)的概念1、蛋白質(zhì)的基本組成單位主要組成元素為碳、氫、氧、氮有的還含有硫、磷、碘或金屬元素（如鐵、銅、鋅等）

平均含氮量16％氨基酸返回第4頁,共139頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)的分類蛋白質(zhì)常見分類方法返回1．根據(jù)蛋白質(zhì)的化學(xué)組成簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)和結(jié)合蛋白質(zhì)2．根據(jù)蛋白質(zhì)的溶解性和組成分類表3．根據(jù)蛋白質(zhì)分子形狀球狀蛋白質(zhì)和纖維狀蛋白質(zhì)4．根據(jù)蛋白質(zhì)生物功能活性蛋白質(zhì)和非活性蛋白質(zhì)第5頁,共139頁，2024年2月25日，星期天類別特點(diǎn)及分布舉例簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)清蛋白溶于水，需飽和硫酸銨才能沉淀。廣泛分布于一切生物體中。血清清蛋白、乳清蛋白球蛋白微溶于水，溶于稀鹽溶液，需半飽和硫酸銨沉淀。分布普遍。血清球蛋白、肌球蛋白、大豆球蛋白等谷蛋白不溶于水、醇及中性鹽溶液，易溶于稀酸或稀堿。各種谷物中。米谷蛋白、麥谷蛋白醇溶谷蛋白不溶于水及無水乙醇，溶于70％～80％乙醇中。玉米蛋白精蛋白溶于水及稀酸，不溶于氨水，是堿性蛋白，含His、Arg多。蛙精蛋白組蛋白溶于水及稀酸，能溶于氨水，堿性蛋白，含His、Lys多。小牛胸腺組蛋白硬蛋白不溶于水、鹽、稀酸或稀堿溶液。分布于動(dòng)物體內(nèi)結(jié)締組織，毛、發(fā)、蹄、角、甲殼、蠶絲、腱等。角蛋白、膠原、彈性蛋白、絲心蛋白等結(jié)合蛋白質(zhì)核蛋白與核酸結(jié)合，存在于一切細(xì)胞中。核糖體、脫氧核糖核蛋白體脂蛋白與脂類結(jié)合而成，廣泛分布于一切細(xì)胞中。卵黃蛋白、血清

-脂蛋白、細(xì)胞中的許多膜蛋白糖蛋白與糖類結(jié)合而成。粘蛋白、

-球蛋白、細(xì)胞表面的許多膜蛋白等磷蛋白以絲、蘇氨酸殘基的-OH與磷酸成酯鍵結(jié)合而成，廣泛存在于乳、蛋等中。酪蛋白、卵黃蛋白血紅素蛋白輔基為血紅素。血紅蛋白、細(xì)胞色素、葉綠蛋白等黃蛋白輔基為FAD或FMN。琥珀酸脫氫酶、D-氨基酸氧化酶等金屬蛋白與金屬元素直接結(jié)合。鐵蛋白、乙醇脫氫酶(含鋅)、黃嘌呤氧化酶(含鉬、鐵)返回第6頁,共139頁，2024年2月25日，星期天4.2氨基酸氨基酸的結(jié)構(gòu)氨基酸的理化性質(zhì)氨基酸的分離分析氨基酸的制備與應(yīng)用氨基酸的分類返回蛋白質(zhì)水解是產(chǎn)生氨基酸的手段第7頁,共139頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)水解是產(chǎn)生氨基酸的手段1、酸水解：5至10倍20%HCl回流16至24小時(shí)，破壞全部色氨酸以及部分含羥基氨基酸。2、堿水解：所有氨基酸產(chǎn)生外消旋。3、酶水解：反應(yīng)條件溫和，不破壞色氨酸也不產(chǎn)生外消旋，但副產(chǎn)物多。返回第8頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的結(jié)構(gòu)氨基酸是氨基取代的羧酸。氨基酸結(jié)構(gòu)通式:第9頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的結(jié)構(gòu)α-氨基酸有兩種構(gòu)型：D構(gòu)型和L構(gòu)型蛋白質(zhì)是由廿種基本氨基酸組成的，全是L型。氨基酸的構(gòu)型是與甘油醛或乳酸相比較而決定的。凡是與L-甘油醛(或L-乳酸)構(gòu)型相同的，就定義為L-氨基酸反之為D-氨基酸第10頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的結(jié)構(gòu)返回甘油醛丙氨酸第11頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的分類根據(jù)氨基酸R基團(tuán)極性分類根據(jù)側(cè)鏈基團(tuán)的化學(xué)結(jié)構(gòu)分類根據(jù)生物體的需要分類非編碼氨基酸非蛋白氨基酸第12頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的分類——根據(jù)氨基酸R基側(cè)鏈的極性非極性、疏水R基團(tuán)氨基酸甘氨酸丙氨酸脯氨酸纈氨酸亮氨酸異亮氨酸甲硫氨酸第13頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的分類——根據(jù)氨基酸R基側(cè)鏈的極性極性、R基團(tuán)不帶電荷的氨基酸絲氨酸蘇氨酸半胱氨酸天冬酰胺谷氨酰胺第14頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的分類——根據(jù)氨基酸R基側(cè)鏈的極性芳香族R基團(tuán)氨基酸苯丙氨酸酪氨酸色氨酸第15頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的分類——根據(jù)氨基酸R基側(cè)鏈的極性賴氨酸精氨酸組氨酸

R基團(tuán)帶正電荷的氨基酸第16頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的分類——根據(jù)氨基酸R基側(cè)鏈的極性

R基團(tuán)帶負(fù)電荷的氨基酸天冬氨酸谷氨酸第17頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的分類根據(jù)氨基酸R基側(cè)鏈的極性，可將氨基酸分為疏水性氨基酸（非極性氨基酸）親水性氨基酸（極性氨基酸）不帶電荷的極性氨基酸帶正電荷的堿性氨基酸帶負(fù)電荷的酸性氨基酸AlaValIleLeuProMetpheTrpSerThrTyrAsnGlnCysGlyLysArgHisAspGlu第18頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的分類根據(jù)生物體的需要，可將氨基酸分為必需氨基酸半必需氨基酸非必需氨基酸Lys

ValIleLeupheMetTrpThr

ArgHis其余氨基酸第19頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的分類非編碼氨基酸屬于氨基酸的衍生物，也稱為修飾氨基酸。如：胱氨酸、羥賴氨酸、羥脯氨酸、L-甲狀腺素等——非編碼氨基酸第20頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的分類不是蛋白質(zhì)的組成成分以游離或結(jié)合的形式存在于生物界大都是常見氨基酸的衍生物還有些是β-,γ-,δ-,和D-型氨基酸一些是代謝中間產(chǎn)物，如瓜氨酸、鳥氨酸；γ-氨基丁酸等返回——非蛋白質(zhì)氨基酸第21頁,共139頁，2024年2月25日，星期天胱氨酸返回第22頁,共139頁，2024年2月25日，星期天羥脯氨酸與羥賴氨酸返回第23頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的理化性質(zhì)氨基酸的一般物理性質(zhì)氨基酸的酸堿性質(zhì)氨基酸的光吸收性氨基酸的化學(xué)反應(yīng)返回第24頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的一般物理性質(zhì)α氨基酸為無色晶體，不同氨基酸其晶體形狀不相同。氨基酸熔點(diǎn)一般在200～300℃。氨基酸溶于水，但溶解度各不相同。能溶解于稀酸或稀堿中，但不能溶解于有機(jī)溶劑中。各種氨基酸有不同的味感，如甘氨酸具有甜味，谷氨酸呈酸味，其單鈉鹽呈鮮味。除甘氨酸外，每種氨基酸都有旋光性和一定的比旋光度。返回第25頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的酸堿性質(zhì)氨基酸在水溶液中或在晶體狀態(tài)時(shí)主要時(shí)以兩性離子的形式存在。第26頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的酸堿性質(zhì)2個(gè)概念：氨基酸的等電點(diǎn)pI

氨基酸的可解離基團(tuán)的pK值以谷氨酸為例：pI=?(pK1+pKR)=?(2.19+4.25)=3.22第27頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的酸堿性質(zhì)氨基酸的每一功能基團(tuán)可被酸堿所滴定，可根據(jù)氨基酸的滴定曲線來推算pK值。第28頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的酸堿性質(zhì)結(jié)論：高于等電點(diǎn)的任何pH值，氨基酸帶有凈負(fù)電荷，在電場(chǎng)中將向正極移動(dòng)。低于等電點(diǎn)的任何pH值，氨基酸帶有凈正電荷，在電場(chǎng)中將向負(fù)極移動(dòng)。在一定pH值范圍內(nèi)，氨基酸溶液的pH值離等電點(diǎn)愈遠(yuǎn)，氨基酸攜帶的凈電荷數(shù)愈大。返回第29頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的光吸收性芳香族氨基酸在pH8時(shí)紫外吸收光譜色氨酸酪氨酸第30頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的光吸收性芳香族側(cè)鏈有紫外吸收，所以280nm處光吸收值的測(cè)定，是定量蛋白質(zhì)濃度最常用的方法。紫外吸收性受溶液pH的影響返回第31頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的化學(xué)反應(yīng)(1)與茚三酮反應(yīng)

α-氨基酸與水合茚三酮試劑共熱，可發(fā)生反應(yīng)，生成藍(lán)紫化合物。第32頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的化學(xué)反應(yīng)

茚三酮與脯氨酸和羥脯氨酸反應(yīng)則生成黃色化合物，其結(jié)構(gòu)如下所示：反應(yīng)生成的化合物的顏色深淺程度以及CO2生成量，均可作為氨基酸定量分析依據(jù)。第33頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的化學(xué)反應(yīng)(2)與亞硝酸反應(yīng)含游離α-氨基的氨基酸能與亞硝酸起反應(yīng)，定量放出氮?dú)?，氨基酸被氧化成羥酸。含亞氨基的脯氨酸則不能與亞硝酸反應(yīng)。VanSlyke(文斯萊克)氨基氮測(cè)定法——測(cè)定N2的體積，即可算出氨基酸的含量。第34頁,共139頁，2024年2月25日，星期天凱氏定氮法樣本的分解：蛋白質(zhì)+H2SO4→(NH4)2SO4(aq)+CO2(g)+SO2(g)+H2O(g)銨鹽的分解：(NH4)2SO4(aq)+2NaOH→Na2SO4(aq)+2H2O(l)+2NH3(g)氨的固定：B(OH)3+H2O+NH3→NH4++B(OH)4–反滴定：B(OH)3+H2O+Na2CO3→NaHCO3(aq)+NaB(OH)4(aq)+CO2(g)+H2O第35頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的化學(xué)反應(yīng)(3)與甲醛反應(yīng)氨基酸在溶液中有如下平衡：甲醛滴定法，不僅用于測(cè)定氨基酸含量，也常用來測(cè)定蛋白質(zhì)水解程度。第36頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的化學(xué)反應(yīng)(4)與熒光胺反應(yīng)氨基酸可與熒光胺反應(yīng)，產(chǎn)生熒光產(chǎn)物，可用熒光分光光度計(jì)測(cè)定氨基酸含量。返回第37頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的分離分析1．紙層析法：根據(jù)溶解度不同分離2．薄層層析法：根據(jù)吸附性不同分離3．離子交換柱層析法4．高效液相層析法5．紙電泳返回第38頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的制備與應(yīng)用(一)氨基酸的制備制備氨基酸有4種途徑：從蛋白質(zhì)水解液中分離提取，適宜于中小規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用發(fā)酵法大規(guī)模生產(chǎn)氨基酸利用酶反應(yīng)直接制取各種氨基酸有機(jī)合成法第39頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的制備與應(yīng)用(二)氨基酸的應(yīng)用氨基酸不僅是蛋白質(zhì)的基本組成，而且對(duì)生物體還具有其他特殊的生理作用，參與許多代謝作用，不少已用來治療疾病。氨基酸可用于食品強(qiáng)化劑、調(diào)味劑、著色劑、甜味劑和增味劑。如谷氨酸鈉鹽、賴氨酸。氨基酸用于飼料添加劑，主要是甲硫氨酸、賴氨酸。氨基酸及其衍生物與皮膚成分相似，有調(diào)節(jié)皮膚pH值和保護(hù)皮膚的功能，現(xiàn)已廣泛用以配制各種化妝品。聚谷氨酸因性質(zhì)上接近角蛋白，被開發(fā)作為人造革的涂料，使人造革具備天然皮革的特點(diǎn)。返回第40頁,共139頁，2024年2月25日，星期天4.3肽返回肽的基本概念生物活性肽第41頁,共139頁，2024年2月25日，星期天肽的基本概念一分子氨基酸的α-羧基與另一分子氨基酸α-氨基脫水縮合的化合物叫做肽。氨基酸之間通過酰胺鍵（蛋白質(zhì)化學(xué)中將這類酰胺鍵專稱為肽鍵）連接而成。N端C端第42頁,共139頁，2024年2月25日，星期天寡肽——10個(gè)以下氨基酸組成的肽以二肽為例肽鍵-CO-NH-第43頁,共139頁，2024年2月25日，星期天寡肽——10個(gè)以下氨基酸組成的肽

二肽：由兩個(gè)氨基酸組成的肽二肽舉例肌肉中存在的鵝肌肽和肌肽都是二肽，前者是β-丙氨酰-1-甲基組氨酸，后者是β-丙氨酰組氨酸，它們?cè)诠趋兰≈泻亢芨?。?4頁,共139頁，2024年2月25日，星期天多肽——10~50個(gè)氨基酸組成的肽肽鏈中的氨基酸由于參加肽鍵的形成，已經(jīng)不是原來完整的分子，因此多肽鏈中的氨基酸單位稱為氨基酸殘基。肽鍵鏈狀結(jié)構(gòu)第45頁,共139頁，2024年2月25日，星期天多肽——10~50個(gè)氨基酸組成的肽在開鏈肽的N端和C端可以有游離的α氨基和α羧基，而有的開鏈肽的N端或C端的游離的α氨基或α羧基被別的基團(tuán)結(jié)合(如烷基化、酰化等)或N端殘基自身環(huán)化。例如：促甲狀腺素釋放激素的N端殘基是谷氨酸，此殘基易于自身環(huán)化成焦谷氨?；?α氨基與谷氨酸的γ羧基脫水縮和而成)。第46頁,共139頁，2024年2月25日，星期天肽的命名多肽化合物的名稱，通常按照肽內(nèi)氨基酸殘基的排列順序，以殘基名稱（如某某氨酰）從N端依次閱讀到C端，并以C端殘基全名結(jié)束肽的名稱。例如：下列五肽命名為丙氨酰谷氨酰亮氨酰纈氨酰組氨酸氨基末端羧基末端返回第47頁,共139頁，2024年2月25日，星期天生物活性肽谷胱甘肽激素抗菌肽神經(jīng)肽生物的生長、發(fā)育、細(xì)胞分化、大腦活動(dòng)、腫瘤病變、免疫防御、生殖控制、抗衰老、生物鐘規(guī)律及分子進(jìn)化等均涉及到活性肽。生物活性肽是機(jī)體內(nèi)傳遞信息、調(diào)節(jié)代謝和協(xié)調(diào)器官活動(dòng)的重要化學(xué)信使。返回第48頁,共139頁，2024年2月25日，星期天谷胱甘肽它的分子中有一個(gè)特殊的γ肽鍵，是由谷氨酸的γ羧基與半胱氨酸的α氨基縮合而成。由于GSH中含有一個(gè)活潑的巰基很容易氧化，二分子GSH脫氫以二硫鍵相連成氧化型的谷胱甘肽(GSSG)。返回還原型谷胱甘肽（GSH）氧化型谷胱甘肽（GSSG）第49頁,共139頁，2024年2月25日，星期天谷胱甘肽的重要生理功能：維護(hù)蛋白質(zhì)活性中心的巰基參與二硫化合物相互轉(zhuǎn)化某些酶的輔酶，在體內(nèi)氧化還原過程中起重要的作用第50頁,共139頁，2024年2月25日，星期天神經(jīng)肽腦啡肽Tyr-Gly-Gly-Phe-Met甲硫氨酸腦啡肽Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu亮氨酸腦啡肽內(nèi)啡肽強(qiáng)啡肽A：17肽P-物質(zhì)：11肽返回第51頁,共139頁，2024年2月25日，星期天激素GlyGly返回第52頁,共139頁，2024年2月25日，星期天抗菌肽NH2返回第53頁,共139頁，2024年2月25日，星期天4.4蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)共價(jià)結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)返回維持蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的化學(xué)鍵蛋白質(zhì)構(gòu)象的研究方法第54頁,共139頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)：組成多肽鏈的氨基酸殘基的連接方式(包括肽鍵和二硫鍵)和排列順序。二硫鍵：第55頁,共139頁，2024年2月25日，星期天肽鍵的測(cè)定：雙縮脲反應(yīng)：第56頁,共139頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定氨基酸組成分析氨基酸末端分析蛋白質(zhì)中肽鏈的拆離肽鏈的部分降解及肽片斷的分離肽段氨基酸順序測(cè)定及肽段重疊返回二硫鍵與酰胺基的定位第57頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸組成分析返回第58頁,共139頁，2024年2月25日，星期天氨基酸末端分析N-末端分析二硝基氟苯（FDNB法）二甲基氨基萘磺酰氯法（DNS-Cl法）異硫氰酸苯酯法（Edman法）肼解法羧肽酶法C-末端分析返回第59頁,共139頁，2024年2月25日，星期天異硫氰酸苯酯法(Edman法)返回第60頁,共139頁，2024年2月25日，星期天肼解法返回第61頁,共139頁，2024年2月25日，星期天羧肽酶法根據(jù)氨基酸釋放的動(dòng)力學(xué)曲線，可確定該肽鏈的C端氨基酸順序。主要方法返回第62頁,共139頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)中肽鏈的拆離肽鏈間的結(jié)合非共價(jià)鍵連接的多肽鏈通過二硫鍵連接的多肽鏈溫和條件下可以解離需要較強(qiáng)的條件將二硫鍵切斷還原法氧化法血紅蛋白(四聚體)烯醇化酶(二聚體)胰島素免疫球蛋白等第63頁,共139頁，2024年2月25日，星期天還原法將二硫鍵還原成巰基蛋白質(zhì)中肽鏈的拆離第64頁,共139頁，2024年2月25日，星期天還原法為防止巰基重新氧化，可用碘乙酸、碘乙酰胺等使其烷化蛋白質(zhì)中肽鏈的拆離第65頁,共139頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)中肽鏈的拆離氧化法二硫鍵用過甲酸氧化為磺酸基而拆開返回第66頁,共139頁，2024年2月25日，星期天肽鏈的部分降解及肽片斷的分離化學(xué)裂解法酶水解法溴化氰法羥胺法第67頁,共139頁，2024年2月25日，星期天肽鏈的部分降解及肽片斷的分離溴化氰法

溴化氰對(duì)甲硫氨酸羧基形成的肽鍵特異第68頁,共139頁，2024年2月25日，星期天肽鏈的部分降解及肽片斷的分離羥胺法羥胺能專一地裂解Asn-Gly的肽鍵，酸性條件下裂解Asn-Pro肽鍵。第69頁,共139頁，2024年2月25日，星期天肽鏈的部分降解及肽片斷的分離酶水解法常用的酶：胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶胃蛋白酶嗜熱菌蛋白酶等優(yōu)越性：專一性較高水解效率較高返回第70頁,共139頁，2024年2月25日，星期天肽段氨基酸順序測(cè)定及肽段重疊Edman降解法DNS-Edman方法DABITC/PITC雙耦合法成功用于微量序列分析順序分析最主要的方法使測(cè)定靈敏度，進(jìn)一步提高返回第71頁,共139頁，2024年2月25日，星期天二硫鍵與酰胺基的定位二硫鍵的定位

將含二硫鍵的肽段進(jìn)行酶解，分離出含二硫鍵的肽，對(duì)該肽進(jìn)行氧化或還原，切斷二硫鍵，生成二個(gè)小肽段，將這兩個(gè)小肽段與原肽鏈氨基酸順序進(jìn)行比較，即可確定二硫鍵位置。酰胺基位置的確定

用酸處理含酰胺基的肽鏈，使其產(chǎn)生游離的NH3和-COOH。測(cè)出NH3的數(shù)量和可能形成的-COOH的數(shù)量(不包括C端)，如兩者相等，就可以確定酰胺基的位置。返回第72頁,共139頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)分子中多肽鏈骨架的折疊方式，包括α螺旋、β折疊和β轉(zhuǎn)角等。多肽主鏈的基本結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)象返回超二級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)域第73頁,共139頁，2024年2月25日，星期天多肽主鏈的基本結(jié)構(gòu)X射線衍射法肽鏈的鍵長和鍵角圖肽鏈中的二面角φ和ψ二面角決定肽鏈的構(gòu)象返回第74頁,共139頁，2024年2月25日，星期天X射線衍射法天然的蛋白質(zhì)分子并不是一條走向隨機(jī)的松散肽鏈，每一種都具有自己特定的空間結(jié)構(gòu)。線性的多肽鏈在空間中折疊成特定的三維結(jié)構(gòu)，這種空間結(jié)構(gòu)通常稱為蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)或分子構(gòu)象。肽鍵不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，具有部分雙鍵性質(zhì)。酰胺平面，也叫肽平面，多為反式。返回第75頁,共139頁，2024年2月25日，星期天肽鏈的鍵長和鍵角圖X射線衍射法可以測(cè)定蛋白質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)的鍵長鍵角返回第76頁,共139頁，2024年2月25日，星期天肽鏈中的二面角φ和ψ二面角二面角可以在0o—+180o范圍內(nèi)變動(dòng)。通過二面角的旋轉(zhuǎn)，多肽鏈可以形成各種各樣的折疊方式。φ角——繞Cα

-N鍵旋轉(zhuǎn)的角度ψ角——繞Cα-C鍵旋轉(zhuǎn)的角度返回第77頁,共139頁，2024年2月25日，星期天二面角決定肽鏈的構(gòu)象肽鏈中φ和ψ這一對(duì)二面角決定了相鄰的兩個(gè)酰胺平面所有原子在空間上的相對(duì)位置，就決定了肽鏈的構(gòu)象。

二面角（φ、ψ）所決定的構(gòu)象能否存在，主要取決于兩個(gè)相鄰肽單位中非鍵合原子之間的接近有無障礙。返回第78頁,共139頁，2024年2月25日，星期天二級(jí)結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)象α螺旋β折疊轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)無規(guī)卷曲返回氨基酸與蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的關(guān)系第79頁,共139頁，2024年2月25日，星期天α螺旋俯視圖返回第80頁,共139頁，2024年2月25日，星期天α螺旋α螺旋結(jié)構(gòu)主要特點(diǎn)：1、多肽主鏈沿“中心軸”螺旋上升，每3.6個(gè)氨基酸上升一圈，螺距0.54nm；2、相鄰螺圈之間形成鏈內(nèi)氫鍵；3、R側(cè)鏈在螺旋的外側(cè)；4、天然蛋白質(zhì)的α螺旋結(jié)構(gòu)多為右手螺旋。右手型α螺旋結(jié)構(gòu)模型第81頁,共139頁，2024年2月25日，星期天β

折疊β

折疊結(jié)構(gòu)主要特點(diǎn)：1、肽鏈幾乎是完全伸展的；0.36nm/氨基酸殘基2、肽鏈呈鋸齒狀，按層平行排列，肽平面呈片狀，稱為折疊片；3、相鄰肽鏈上的-CO-與-NH-形成氫鍵，氫鍵幾乎垂直于肽鏈；4、肽鏈的R基團(tuán)在肽平面的上下交替出現(xiàn)；5、折疊片有平行與反平行兩種。第82頁,共139頁，2024年2月25日，星期天β

折疊平行β折疊第83頁,共139頁，2024年2月25日，星期天β

折疊反平行β折疊第84頁,共139頁，2024年2月25日，星期天β

折疊β折疊片返回第85頁,共139頁，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)通常負(fù)責(zé)各種二級(jí)結(jié)構(gòu)單元之間的連接作用，它對(duì)于確定肽鏈的走向起著決定性的作用。β

轉(zhuǎn)角第86頁,共139頁，2024年2月25日，星期天無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲：多肽鏈主鏈不規(guī)則隨機(jī)盤曲形成的構(gòu)象。球蛋白分子中，往往含有較多的無規(guī)卷曲，它使蛋白質(zhì)肽鏈從整體上形成球狀構(gòu)象。無規(guī)卷曲與生物活性有關(guān)，對(duì)外界理化因子極為敏感。返回第87頁,共139頁，2024年2月25日，星期天各類氨基酸與蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)關(guān)系返回第88頁,共139頁，2024年2月25日，星期天超二級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)是指二級(jí)結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)單位（α螺旋、β折疊等）相互聚集，形成有規(guī)律的二級(jí)結(jié)構(gòu)的聚集體。αα（α螺旋組合）βXββ

ββ（β折疊組合）第89頁,共139頁，2024年2月25日，星期天超二級(jí)結(jié)構(gòu)(1)α

α(2)βXβ第90頁,共139頁，2024年2月25日，星期天超二級(jí)結(jié)構(gòu)(3)βββ

A.β

迂回B.希臘鑰匙C.雙希臘鑰匙第91頁,共139頁，2024年2月25日，星期天結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域的定義多肽鏈上由相鄰二級(jí)結(jié)構(gòu)單元聯(lián)系而成的局部性區(qū)域。是多肽鏈的獨(dú)立折疊單位。結(jié)構(gòu)域的大小變化很大。常見的范圍在100-200個(gè)殘基之間。最突出的例子：免疫球蛋白第92頁,共139頁，2024年2月25日，星期天結(jié)構(gòu)域木瓜蛋白酶內(nèi)的2個(gè)結(jié)構(gòu)域彼此很不相同第93頁,共139頁，2024年2月25日，星期天結(jié)構(gòu)域彈性蛋白酶內(nèi)的2個(gè)結(jié)構(gòu)域彼此非常相似返回第94頁,共139頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)指多肽鏈中所有氨基酸殘基的空間關(guān)系，其具有二級(jí)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)域。第95頁,共139頁，2024年2月25日，星期天球狀蛋白質(zhì)分子的三級(jí)結(jié)構(gòu)一條多肽鏈通過部分的α螺旋、β折疊、β轉(zhuǎn)角、無規(guī)卷曲而形成緊密的球狀構(gòu)象。大多數(shù)非極性側(cè)鏈（疏水基團(tuán)）總是埋藏在分子內(nèi)部，形成疏水核大多數(shù)極性側(cè)鏈（親水基團(tuán)），總是暴露在分子表面，形成一些親水區(qū)。為什么有些極性氨基酸可以存在于球形蛋白質(zhì)的內(nèi)部？如Ser,Arg等。第96頁,共139頁，2024年2月25日，星期天球型蛋白質(zhì)的活性中心例：肌紅蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)返回在球狀蛋白質(zhì)表面，往往有一內(nèi)陷的疏水的空穴（裂隙、凹槽），能夠容納一或二個(gè)小分子配件或大分子配體的一部分，它常常是蛋白質(zhì)活性中心。維系這種特定結(jié)構(gòu)的力主要有氫鍵、疏水鍵、離子鍵和范德華力等。尤其是疏水鍵，在蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)中起著重要作用。第97頁,共139頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)是由兩條或兩條以上各自獨(dú)立具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈（亞基）通過次級(jí)鍵相互締合而成的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。返回第98頁,共139頁，2024年2月25日，星期天維持蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的化學(xué)鍵維持蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的化學(xué)鍵有氫鍵疏水鍵范德華力鹽鍵二硫鍵等返回第99頁,共139頁，2024年2月25日，星期天三級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖。在折疊蛋白質(zhì)中，二級(jí)結(jié)構(gòu)元件折疊成為一個(gè)緊密的、近乎堅(jiān)硬的物體，由極性和非極性基團(tuán)都參與的弱相互作用所穩(wěn)定。蛋白質(zhì)周圍的水分子層第100頁,共139頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)構(gòu)象的研究方法測(cè)定蛋白質(zhì)在溶液中的整體或部分構(gòu)象蛋白質(zhì)分子全部空間結(jié)構(gòu)的測(cè)定返回?zé)晒夤庾V紫外差吸收光譜近紫外圓二色性光譜分析X射線晶體衍射多維核磁共振方法(NMR)第101頁,共139頁，2024年2月25日，星期天作用力總結(jié)一級(jí)結(jié)構(gòu)：共價(jià)鍵二級(jí)結(jié)構(gòu)：氫鍵三級(jí)結(jié)構(gòu)：離子鍵疏水作用范德華力氫鍵四級(jí)結(jié)構(gòu)：疏水作用二硫鍵離子鍵第102頁,共139頁，2024年2月25日，星期天4.5蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系分子構(gòu)象與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)氨基酸殘基α－螺旋多肽鏈亞基組合一級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)返回第103頁,共139頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)核糖核酸酶的可逆變性非折疊態(tài)，無活性，二硫鍵被還原而生成半胱氨酸殘基除去尿素和巰基乙醇天然有催化活性狀態(tài)，重新形成合適的二硫鍵第104頁,共139頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)前體的激活1.血液凝固的生化機(jī)理：動(dòng)物體在受到創(chuàng)傷而流血時(shí)，凝血因子前體在其它因子的作用下被激活，進(jìn)而使纖維蛋白原F轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維蛋白f（涉及一級(jí)結(jié)構(gòu)變化），最終成為不溶性的纖維蛋白，使血液凝固。第105頁,共139頁，2024年2月25日，星期天胰蛋白酶原激活過程第106頁,共139頁，2024年2月25日，星期天圖4-25牛胰島素原的激活第107頁,共139頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)同功蛋白質(zhì)氨基酸的種族差異胰島素來源氨基酸序列的部分差異A8A9A10B30人蘇絲異亮蘇豬蘇絲異亮丙狗蘇絲異亮丙兔蘇絲異亮蘇牛丙絲纈丙羊丙甘纈丙馬蘇甘異亮丙抹香鯨蘇絲異亮丙第108頁,共139頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)不同生物細(xì)胞色素C的氨基酸差異生物名稱與人不同的氨基酸數(shù)目生物名稱與人不同的氨基酸數(shù)目黑猩猩0響尾蛇14恒河猴1海龜15兔9金槍魚21袋鼠10狗魚23鯨10果蠅25牛、豬、羊10小麥35狗、驢11粗糙鏈孢霉43馬12酵母44雞13第109頁,共139頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)同功蛋白中氨基酸序列差異與分子病——例：鐮刀型紅細(xì)胞貧血癥正常紅細(xì)胞與鐮刀形紅細(xì)胞第110頁,共139頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)鐮刀型紅細(xì)胞貧血癥分子基礎(chǔ)HbA:Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys……COOHHbS:Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys……COOHβ鏈12345678結(jié)果：負(fù)電荷的Glu變?yōu)槭杷缘腣al，使HbS分子表面的負(fù)電荷減少，親水基團(tuán)變?yōu)槭杷鶊F(tuán)，使HbS分子聚合，溶解度降低，紅細(xì)胞變形，呈鐮刀狀，并易于破裂溶血。治療：體外，KCNO共價(jià)修飾β鏈N端Val殘基，使親水性增加，可防止HbS分子間的締和。返回第111頁,共139頁，2024年2月25日，星期天分子構(gòu)象與功能的關(guān)系變構(gòu)現(xiàn)象——肌紅蛋白與血紅蛋白第112頁,共139頁，2024年2月25日，星期天分子構(gòu)象與功能的關(guān)系變構(gòu)現(xiàn)象——肌紅蛋白與血紅蛋白返回肌紅蛋白和血紅蛋白的氧合曲線第113頁,共139頁，2024年2月25日，星期天變構(gòu)效應(yīng)蛋白質(zhì)分子的一個(gè)亞基與其效應(yīng)物結(jié)合后發(fā)生構(gòu)象變化，引起相鄰亞基的構(gòu)象變化，使生物活性提高（或降低）的效應(yīng)，通稱為變構(gòu)效應(yīng)（或別構(gòu)效應(yīng)）。凡具有變構(gòu)效應(yīng)的蛋白質(zhì)稱為變構(gòu)蛋白第114頁,共139頁，2024年2月25日，星期天4.6蛋白質(zhì)的性質(zhì)及分離純化膠體性質(zhì)

——1.透析；2.鹽析；3.凝膠過濾酸堿性質(zhì)

——1.等電點(diǎn)沉淀；2.離子交換層析；3.電泳水化層雙電層

-氨基

-羧基

第115頁,共139頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)溶液穩(wěn)定的因素水化層：蛋白質(zhì)分子表面的親水基團(tuán)如－NH2、－COOH、－OH、－CONH2等，在水溶液中能與水分子起水化作用，使蛋白質(zhì)分子表面形成一個(gè)水化層。雙電層：蛋白質(zhì)分子表面上的可解離基團(tuán)，在適當(dāng)?shù)膒H條件下，都帶有相同的凈電荷，與其周圍的反離子構(gòu)成穩(wěn)定的雙電層。第116頁,共139頁，2024年2月25日，星期天破壞水化層：高濃度的中性鹽與蛋白質(zhì)分子爭(zhēng)奪水分子，減弱了蛋白質(zhì)的水合程度（失去水化膜），使蛋白質(zhì)的溶解度降低；破壞雙電層：鹽離子所帶電荷部分地中和蛋白質(zhì)分子上的電荷，使其凈電荷為零，也促使蛋白質(zhì)沉淀；根據(jù)蛋白質(zhì)溶解度不同的分離方法

——鹽析法

第117頁,共139頁，2024年2月25日，星期天有機(jī)溶劑沉淀法是向水溶液中加入一定量親水性的有機(jī)溶劑，降低溶質(zhì)的溶解度，使其沉淀析出的分離純化方法。引起水溶液極性減小，使兩性電解質(zhì)在溶液中的溶解度降低；使蛋白質(zhì)膠體因其水化層受到破壞而變得非常不穩(wěn)定，致使蛋白質(zhì)產(chǎn)生沉淀。根據(jù)蛋白質(zhì)溶解度不同的分離方法

——有機(jī)溶劑沉淀法

第118頁,共139頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)的變性某些物理或化學(xué)因素的作用可以破壞蛋白質(zhì)分子中的次級(jí)鍵，從而破壞蛋白質(zhì)的螺旋或折疊狀態(tài)，使其構(gòu)象發(fā)生變化，引起蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)改變和生物功能喪失，這種現(xiàn)象稱蛋白質(zhì)變性。蛋白質(zhì)變性后，二、三級(jí)以上的高級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變或破壞，但共價(jià)鍵不變，一級(jí)結(jié)構(gòu)沒有破壞。第119頁,共139頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)的變性變性蛋白質(zhì)與天然蛋白質(zhì)最明顯的區(qū)別是生物學(xué)活性喪失各種理化性質(zhì)的改變，如結(jié)晶能力喪失、溶解度降低、分子不對(duì)稱性及粘度增加、容易被蛋白水解酶水解等第120頁,共139頁，2024年2月25日，星期天幾個(gè)概念蛋白質(zhì)經(jīng)某種因素作用后發(fā)生變性，一旦除去變性因素后可恢復(fù)原有的理化性質(zhì)和生物功能，這種現(xiàn)象稱為可逆變性。變性的蛋白質(zhì)分子恢復(fù)其天然形式的現(xiàn)象，稱之為復(fù)性。許多蛋白質(zhì)變性時(shí)破壞嚴(yán)重，則不能再恢復(fù)原來的構(gòu)象和功能，被稱為不可逆變性。蛋白質(zhì)分子凝聚從溶液中析出的現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)沉淀。第121頁,共139頁，2024年2月25日，星期天解毒第122頁,共139頁，2024年2月25日，星期天調(diào)節(jié)溶液的pH值至溶質(zhì)的等電點(diǎn)，就可能把該溶質(zhì)從溶液中沉淀出來，這就是等電點(diǎn)沉淀。等電點(diǎn)沉淀適合于那些溶解度在等電點(diǎn)時(shí)較低的兩性電解質(zhì)。根據(jù)蛋白質(zhì)溶解度不同的分離方法

——等電點(diǎn)沉淀

第123頁,共139頁，2024年2月25日，星期天根據(jù)蛋白質(zhì)分子大小的差別進(jìn)行分離純化

——透析利用膠體對(duì)半透膜（如火棉膠、玻璃紙、腸衣等薄膜）的不可滲透性，可將蛋白溶液內(nèi)低分子的雜質(zhì)與蛋白質(zhì)分離開，以達(dá)到純化蛋白質(zhì)的目的。根據(jù)這一原理采用的方法稱為透析法。第124頁,共139頁，2024年2月25日，星期天根據(jù)蛋白質(zhì)分子大小的差別進(jìn)行分離純化

——凝膠過濾第125頁,共139頁，2024年2月25日，星期天超濾法是利用膜的篩分性質(zhì)，以壓差為傳質(zhì)推動(dòng)力，使原料液中大于膜孔的大粒子溶質(zhì)被膜截留，小于膜孔的小分子溶質(zhì)通過半透膜，從而實(shí)現(xiàn)分離的方法。根據(jù)蛋白質(zhì)分子大小的差別進(jìn)行分離純化

——超濾第126頁,共